각막
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1. 개요
각막은 눈의 가장 바깥쪽을 덮고 있는 투명한 조직으로, 빛을 굴절시켜 망막에 상이 맺히도록 돕는 역할을 한다. 사람의 각막은 6개의 층으로 구성되어 있으며, 혈관이 없고 신경이 풍부하여 외부 자극에 민감하게 반응한다. 각막은 손상 시 흉터가 생길 수 있으며, 다양한 질환에 노출될 수 있다. 각막 손상이나 질환으로 시력 저하가 발생할 경우, 각막 이식을 통해 치료할 수 있다.
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| 각막 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 일부 | 눈 앞부분 |
| 계통 | 시각계 |
| 기능 | 빛을 굴절시킴 |
| 식별 | |
| 라틴어 | cornea |
| 세부 정보 | |
| 각막 | 각막은 눈의 앞쪽에 위치한 투명한 층임. |
| 기능 | 각막의 주요 기능은 빛을 굴절시키는 것임. |
| 구조 | 각막은 다섯 개의 층으로 구성됨: 각막 상피, 보우만 막, 각막 기질, 데스메 막, 각막 내피. |
| 투명성 | 각막은 혈관이 없고 특별한 구조를 가지고 있어 투명성을 유지함. |
| 신경 분포 | 각막은 삼차 신경의 가지인 긴 섬모 신경에 의해 고도로 신경 분포됨. |
| 임상적 중요성 | 각막은 다양한 질병과 손상의 영향을 받을 수 있으며, 각막 이식으로 치료할 수 있음. |
| 추가 이미지 | https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gray54.png |
2. 구조
각막은 가로 10.8mm, 세로 11.8mm이며 약 43D(디옵터)의 굴절력을 가지고 있다. 두께는 중심부가 0.4mm, 주변부가 0.6mm로 주변부가 약간 더 두껍다. 각막은 뒤쪽의 방수나 주변부의 모세혈관으로부터 영양분을 공급받으며, 말이집(myelin sheath)이 없는 신경 말단(nerve ending)이 매우 많이 분포되어 있어 조그만 자극에도 민감하게 반응해 안구를 보호하고, 조그만 손상에도 이물감과 통증을 일으킨다.[5]
사람의 각막은 5개의 층으로 이루어져 있다. 투명성을 유지하기 위해 혈관이 없으며, 대신 눈물에 녹은 산소와 눈물, 전방을 통해 확산되는 영양분을 통해 유지된다.[5] 또한 각막 신경에서 공급되는 신경영양인자를 통해 영양분을 얻는다. 사람의 경우 각막의 직경은 약 11.5mm이며, 중앙 두께는 0.5~0.6mm, 주변부 두께는 0.6~0.8mm이다.
인간의 각막은 각막연부에서 공막과 경계를 이룬다. 칠성장어에서는 각막이 공막의 연장일 뿐이며 위쪽 피부와 분리되어 있지만, 더 고등한 척추동물에서는 항상 피부와 융합되어 단일 구조를 형성하지만, 여러 층으로 구성되어 있다. 어류와 일반적으로 수생 척추동물의 경우 각막은 물과 거의 같은 굴절률을 가지고 있기 때문에 빛을 초점에 맞추는 데 역할을 하지 않는다.[7]
각막에는 삼차신경 제1지인 안신경이 분포하고 있으며, 자극을 주면 눈을 감는 눈깜빡임 반사가 일어난다. 이 반사는 양측성으로, 한쪽 눈만 자극해도 양쪽 눈을 다 감게 된다.
2. 1. 조직학적 구조
인체 각막은 앞쪽에서 뒤쪽 순서로 5개 층(만약 두아층이 포함된다면 6개)으로 구성되어 있다. 다른 영장류의 각막은 5개 층, 고양이, 개, 늑대 및 기타 육식 동물의 각막은 4개 층으로 구성되어 있다.[9]# '''각막 상피''': 매우 얇은 다세포 상피 조직 층(비각화 중층 편평 상피)으로, 빠르게 성장하고 쉽게 재생되는 세포로 구성되어 있으며 눈물로 촉촉하게 유지된다. 각막 상피의 불규칙성이나 부종은 눈의 전체 굴절력에서 가장 중요한 요소인 공기/눈물막 계면의 매끄러움을 방해하여 시력을 감소시킨다. 각막 상피는 결막 상피와 연속적이며, 노출된 층에서 끊임없이 탈락하고 기저층에서의 증식에 의해 재생되는 약 6개의 세포층으로 구성된다.
# '''보우만 막''' (또는 ''전방 한계막''): 상피하 기저막 대신 사용될 때, 보우만 막은 주로 I형 콜라겐 섬유, 라미닌, 니도젠, 퍼르레칸 및 기타 HSPG로 구성된 단단한 층으로 각막 실질을 보호한다. 상피하 기저막과 별개의 개체로 논의될 때, 보우만 막은 무세포의 응축된 정점 실질 영역으로 설명될 수 있으며, 주로 무작위적으로 배열되어 있지만 밀접하게 얽혀 있는 콜라겐 섬유로 구성된다. 이러한 섬유는 서로 상호 작용하고 부착된다. 이 층은 8~14 마이크로미터(μm) 두께[10]이며, 비영장류에서는 없거나 매우 얇다.[9][11]
# '''각막 실질''' (또는 ''고유층''): 두껍고 투명한 중간층으로, 드물게 분포되어 상호 연결된 각막세포와 함께 규칙적으로 배열된 콜라겐 섬유로 구성된다.[10] 이 세포들은 일반적인 수리 및 유지 관리를 위한 세포이다. 세포들은 평행하며 책장처럼 겹쳐져 있다. 각막 실질은 주로 I형 콜라겐 섬유의 약 200개 층으로 구성된다. 각 층은 1.5~2.5 μm이다. 각막 두께의 최대 90%는 실질로 구성된다.[10]
# '''데스메 막''' (또는 ''후방 한계막''): 각막 내피의 변형된 기저막 역할을 하는 얇은 무세포 층으로, 세포가 유래한다. 이 층은 주로 I형 콜라겐 섬유보다 덜 단단한 IV형 콜라겐 섬유로 구성되며, 피험자의 나이에 따라 약 5~20 μm 두께이다. 데스메 막 바로 앞에는 매우 얇고 강한 층인 두아 층이 있으며, 두께는 15마이크론이고 1.5~2바의 압력을 견딜 수 있다.[13]
# '''각막 내피''': 미토콘드리아가 풍부한 세포로 구성된 단층 편평 또는 저 입방형 단일층으로, 두께는 약 5 μm이다. 이러한 세포는 수액과 각막 실질 구획 사이의 체액과 용질 수송을 조절하는 역할을 한다.[14] 각막 상피와 달리 내피의 세포는 재생되지 않는다. 대신 죽은 세포를 보상하기 위해 늘어나 내피의 전체 세포 밀도가 감소하고, 이는 체액 조절에 영향을 미친다. 내피가 적절한 체액 균형을 더 이상 유지할 수 없다면, 과도한 체액으로 인한 실질 부종과 그에 따른 투명도 상실이 발생하여 각막 부종을 일으키고 각막의 투명도를 손상시켜 형성되는 영상을 손상시킬 수 있다.[14]
각막은 촉각, 온도 및 화학 물질에 민감한 무수 신경 종말을 가지고 있으며, 각막을 건드리면 눈꺼풀이 무의식적으로 반사적으로 닫힌다. 투명성이 가장 중요하기 때문에 건강한 각막에는 혈관이 없거나 필요하지 않다. 대신 산소는 눈물에 녹아 각막 전체로 확산되어 건강을 유지한다.[5] 마찬가지로 영양분은 눈물의 외부 표면과 전방의 내부 표면을 통해 확산을 통해 운반된다. 또한 각막 신경에서 공급되는 신경영양인자를 통해 영양분을 얻는다. 사람의 경우 각막의 직경은 약 11.5mm이며, 중앙 두께는 0.5~0.6mm, 주변부 두께는 0.6~0.8mm이다.
2. 2. 신경 분포
각막은 삼차신경의 눈신경 가지를 통해 70~80개의 장섬모신경으로 감각 신경 섬유가 풍부하게 분포되어 있어 신체에서 가장 민감한 조직 중 하나이다. 연구에 따르면 각막의 통각 수용체 밀도는 피부보다 300~600배, 치수보다 20~40배 더 높다고 한다.[15] 따라서 각막 손상은 극심한 통증을 유발한다.[16]섬모신경은 내피 아래를 지나 시신경(시각 신호만 전달)을 제외한 공막의 구멍을 통해 눈에서 빠져나간다.[10] 신경은 공막, 강막 및 결막의 세 수준을 통해 각막으로 들어간다. 대부분의 신경다발은 기질에서 그물망을 형성하여 여러 영역에 섬유를 공급한다. 세 가지 신경망은 중간 기질층, 상피하/기저막하층, 상피층이다. 각 신경 말단의 수용 영역은 매우 크며, 중복될 수도 있다.
상피하층의 각막 신경은 로그 나선형 패턴으로 각막의 표층 상피층 근처에서 끝난다.[17] 상피 신경의 밀도는 나이가 들면서, 특히 70대 이후로 감소한다.[18]
각막에는 삼차신경 제1지인 안신경이 분포하고 있으며, 자극을 주면 눈을 감는 눈깜빡임 반사가 일어난다. 이 반사는 양측성으로, 한쪽 눈만 자극해도 양쪽 눈을 다 감게 된다. 눈깜빡임 반사는 중추신경계의 기능을 조사하는 측면에서 임상적으로 중요하다.
2. 3. 기능
각막은 눈의 광학적 구성 요소로, 빛을 굴절시켜 망막에 상을 맺히게 하는 역할을 한다. 눈의 굴절면은 각막에 두 개, 수정체에 두 개로 총 네 개가 존재한다. 각막은 빛을 가장 큰 각도로 통과시키며, 공기와 각막 사이의 굴절률 차이가 커서 빛을 효과적으로 굴절시킨다. 각막의 굴절률은 1.376이고, 방수와 유리체의 굴절률은 1.336~1.339이다. 각막은 양면 볼록 렌즈로 간주되며,[19] 일부 조류, 카멜레온, 물고기는 초점을 맞출 수 있는 각막을 가지고 있다.[20]각막은 투명성을 유지하는 것이 중요하며, 건강한 각막에는 혈관이 없다. 대신 눈물에 녹은 산소가 각막 전체로 확산되어 건강을 유지한다.[5] 영양분은 눈물과 전방을 통해 확산되어 공급되며, 각막 신경에서 공급되는 신경영양인자를 통해서도 얻는다.
각막에는 말이집(myelin sheath)이 없는 신경 말단(nerve ending)이 많이 분포되어 있어 자극에 민감하게 반응하여 안구를 보호한다. 각막을 건드리면 눈꺼풀이 무의식적으로 닫히는 눈깜빡임 반사가 일어난다. 이 반사는 삼차신경 제1지인 안신경에 의해 일어나며, 한쪽 눈만 자극해도 양쪽 눈을 모두 감게 되는 양측성 반사이다. 눈깜빡임 반사는 중추신경계의 기능을 조사하는 데 있어 임상적으로 중요하다.
콘택트렌즈를 사용할 때는 각막에 산소와 영양분이 제대로 공급되어야 하므로, 렌즈의 산소 투과성이 중요하다.
3. 임상적 중요성
각막은 수정체와 함께 안구에서 이식이 가능한 부위이다. 수포성각막병증을 비롯한 난치성 질환에는 각막 이식을 이용한 치료가 널리 시행되고 있다.
교토대학교에 비축되어 있는 인공다능성줄기세포(iPS 세포)로 만든 각막 세포 이식 수술이 오사카대학교에서 검토되고 있다. 중국에서는 돼지 유래 인공각막(艾欣瞳)을 이용한 수술이 시행되고 있다. 하버드대학교 의과대학에 따르면, 각막 이식이 더욱 일반화되고 있다.[34]
3. 1. 각막 질환
다음은 각막의 주요 질환이다.- 각막 찰과상: 눈 표면에 외상이 가해져 각막 표면 상피층이 손실되는 질환이다.
- 각막 이상증: 혼탁 물질 축적으로 각막 일부 또는 전부가 정상적인 투명도를 잃는 질환이다.
- 각막궤양: 각막 상피층 파괴와 각막실질 침범을 동반하는 각막의 염증성 또는 감염성 질환이다.
- 각막 신혈관 형성: 공기로부터의 산소 결핍으로 인해 각막윤부 혈관총에서 각막으로 혈관이 과도하게 자라는 질환이다.
- 후치쓰씨 근육이영양증: 아침에 시야가 흐릿해지는 증상을 보이는 질환이다.
- 각막염: 각막의 염증이다.
- 원추각막: 각막이 얇아지고 원뿔 모양으로 변형되는 퇴행성 질환이다.
- 각막 이물: 각막에 존재하는 이물질로, 가장 흔한 예방 가능한 직업병 중 하나이다.[21]
각막은 수정체와 함께 안구에서 이식이 가능한 부위이다. 수포성각막병증을 비롯한 난치성 질환에 대해서는 각막이식(Corneal transplantation)을 이용한 치료가 널리 시행되고 있다.
교토대학교(京都大学)에 비축되어 있는 인공다능성줄기세포(人工多能性幹細胞)로부터 만들어진 각막 세포를 이식하는 수술이 오사카대학교(大阪大学)에서 검토되고 있다.
중국에서는 돼지 유래 인공각막(艾欣瞳)을 이용한 수술이 시행되고 있다.
하버드대학교 의과대학(ハーバード大学医学部)에 따르면, 각막이식이 더욱 일반화되고 있다.[34]
각막에 상처가 나거나 알레르기 등이 원인이 되어 염증을 일으키는 것을 '''각막염'''이라고 한다. 각막염의 원인과 증상은 다음과 같다.
| 원인 | 증상 | 관련 질병 |
|---|---|---|
3. 2. 치료
굴절수술은 안경의 필요성을 줄이거나 눈의 굴절 상태를 개선하기 위해 각막 형태를 변화시키는 다양한 기법이다. 오늘날 사용되는 많은 기법에서는 엑시머 레이저를 이용한 광절삭으로 각막 형태를 변화시킨다.인공 각막(각막 보형물)도 개발되고 있다. 대부분은 단순한 플라스틱 삽입물이지만, 생체 적합성 합성 물질로 구성되어 조직이 합성 각막으로 자라도록 유도하여 생체 통합을 촉진하는 것도 있다. 자기 변형 막[22] 및 광학적으로 일관된 경두개 자기 자극을 이용한 인간 망막 자극[23]과 같은 다른 방법들은 아직 연구 초기 단계에 있다.
3. 2. 1. 각막 이식
각막 실질에 시력에 영향을 주는 혼탁, 불규칙성, 부종 등이 발생하면 사망한 기증자의 각막을 이식할 수 있다. 각막에는 혈관이 없으므로, 이식 후 거부 반응 문제는 거의 발생하지 않는다.
각막 이식이 필요한 경우, 안구 은행 등에서 각막을 얻을 때 안구에서 각막을 분리하여 각막이 방수를 흡수하지 않도록 하는 것이 가장 좋다.[10]
전 세계적으로 각막 기증이 부족하여 각막 이식의 이용 가능성은 크게 제한되고 있다. 2016년 연구에 따르면, 1,270만 명의 시각 장애인이 각막 이식을 필요로 하지만, 70명당 1명만이 이식을 받을 수 있는 각막을 구할 수 있다.[31] 이러한 각막 기증 부족으로 인해 많은 국가에서 각막 이식 대기자 명단이 수년간 이어지고 있다.[32][33] 미국, 이탈리아, 스리랑카 등 일부 국가만이 대기자 명단 없이 지역 수요를 충족할 만큼 충분한 각막 기증을 유지하고 있다.[3]
각막은 수정체와 함께 안구에서 이식이 가능한 부위이다. 수포성각막병증 등 난치성 질환에 대해서는 각막 이식을 통한 치료가 널리 시행되고 있다.
교토대학교에 비축된 인공다능성줄기세포(iPS 세포)를 이용하여 만든 각막 세포 이식 수술이 오사카대학교에서 검토되고 있다.
중국에서는 돼지 각막을 이용한 인공각막(艾欣瞳) 이식 수술이 시행되고 있다.
하버드대학교 의과대학에 따르면 각막 이식은 점차 보편화되고 있다.[34]
3. 2. 2. 각막 보존 및 약물 투과율
각막교정술은 특수한 단단하거나 강성 가스 투과성 콘택트렌즈를 사용하여 각막의 모양을 일시적으로 변형시켜 눈의 굴절 상태를 개선하거나 안경과 콘택트렌즈의 필요성을 줄이는 방법이다.2009년, 피츠버그 대학교 의료 센터의 연구원들은 사람 각막에서 채취한 줄기세포가 각막 손상이 있는 쥐에서 거부 반응을 일으키지 않고 투명성을 회복할 수 있음을 입증했다.[24] 스티븐스-존슨 증후군, 지속성 각막 궤양 등의 각막 상피 질환의 경우, 자가 대측(정상) 상층판상 각막연부 줄기세포의 시험관 내 확장이 효과적인 것으로 나타났다.[25] 양막 기반 확장은 논란의 여지가 있기 때문이다.[26] 각막내피 질환(예: 수포성 각막병증)의 경우, 사체 각막내피 전구세포가 효과적인 것으로 입증되었다. 최근 등장하고 있는 조직 공학 기술은 하나의 사체 기증자의 각막 세포를 확장하여 한 명 이상의 환자 눈에 사용할 수 있을 것으로 기대된다.[27][28]
대부분의 안과 치료제는 국소 경로를 통해 눈에 투여된다. 각막은 불투과성이 높기 때문에 약물 확산의 주요 장벽 중 하나이다. 눈물로 지속적으로 관개되는 것 또한 안구 표면에서 치료제의 보유율이 낮아지는 원인이 된다. 각막의 낮은 투과성과 안구 표면에서 치료제의 빠른 제거는 국소 투여 경로를 통해 투여된 약물의 생체 이용률이 매우 낮은 결과를 초래한다(일반적으로 5% 미만). 점막 부착성 중합체를 사용하면 안구 표면에서 제제의 보유율을 개선할 수 있다.[29] 국소 제제에 침투 증강제를 첨가하면 각막을 통한 약물 투과율을 높일 수 있다.[30]
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